[发明专利]弯折紧凑型四端口网络

说明书

技术领域

本发明涉及一种弯折紧凑型四端口网络。具体地说，是涉及一种等幅等相的紧凑型波导功分器。

背景技术

功分器是现代微波通信和军事电子系统中的一种通用原件。波导功分器由于其功率容量高、插入损耗低等特点，应用十分广泛。二路波导功分器既可以单独使用，也可以通过串接构成多路功分网络，用于相控阵雷达、天线阵以及功率合成等领域。已有的二路波导功分器主要包括E面T型分支，H面T型分支，波导魔T，H面波导裂缝电桥、E面波导环形电桥（RingHybrid或Rat-RaceHybrid）和H面波导环形电桥等。其中前两种器件由于两个输出端之间隔离度低，任意一个输出端口的失配都会严重影响功率分配的幅度和相位精度。波导魔T的输出端口之间有很好的隔离，但其四个波导端口的轴线方向分别指向三个互相垂直的方向，构成复杂的三维立体结构。因此波导魔T加工难，成本高，而且器件在长宽高三个方面都比较大，不利于器件的小型化，更不适合作为单元串接构成多路功分网络。H-面波导裂缝电桥的输入输出波导的轴线位于同一平面内，由此可以串接构成所有波导轴线位于同一平面的多路功分网络。这种功分网络可以分为底座和盖板，分别利用传统的数控铣切技术一次性方便地加工而成，加工精度大大提高，加工成本大大降低。但是在多路功分网络小型化设计时，相位补偿电路会使器件体积和设计难度大大提高。同时，H-面波导裂缝电桥的工作带宽比较窄。E面波导环形电桥（RingHybrid或Rat-RaceHybrid）和H面波导环形电桥也由于体积比较大，工作带宽比较窄，其用途收到限制，特别是在多路功分网络小型化设计时波导环形电桥很少被使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型宽带波导功率分配器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：弯折紧凑型四端口网络，包括耦合腔，与耦合腔连通的端口A、端口B和端口C和端口D；端口B和端口C分别位于端口A的左右两侧，端口D与端口A相对。耦合腔可以为任意形状，轴线朝上的柱状体为佳，其中还可以添加金属加载，以改善器件的性能。

端口A、端口B和端口C为宽边在垂直方向的矩形波导：所述端口端口A、端口B和端口C的高度大于其宽度。这样，可以采用窄边尺寸很小的矩形波导实现器件的小型化。这时，端口D的中心处的电场方向沿垂直方向，可以是矩形波导或脊波导。作为功分器使用时，如果端口A为输入端，端口B和端口C为输出端，端口D为隔离端，应该连接匹配负载。

根据需要，端口B和端口C的轴线方向与端口A的夹角可以设置为0~180度的任意角度。较佳的设计，该夹角为0度，90度或180度。如果端口A为输入端，端口B和端口C为输出端，三种较佳设计分别对应着两个输出端与输入端方向相同，垂直和相反三种情况。

为了缩小器件的体积，我们选择将作为隔离端的端口D外接端口朝下的传输线。即所述端口D远离耦合器的一端连接有轴线沿垂直方向设置的传输线。端口D与传输线构成一个L形结构，该L形结构的一端为端口D连接耦合腔的一端，该L形结构的另一端为传输线垂直朝下的端口。

传统的魔T作为功分器使用时，其隔离端垂直指向上方。隔离端的长度必须足够长，以放置较长的横截面逐渐增大的吸收体，从而提高功分器的隔离度。相比之下，本发明选择让隔离端指向下方有效地减小了器件的总体高度，有利于器件的进一步小型化。

为了进一步缩小器件的体积，传输线采用横截面比矩形波导小的脊波导：所述传输线为添加金属脊A的脊波导，或传输线为添加金属脊B的脊波导，或传输线为同时添加金属脊A和金属脊B的脊波导；其中金属脊A与传输线的靠近端口A的侧壁相连；金属脊B与传输线的远离端口A的侧壁相连。

为了展宽器件的工作带宽，端口D中至少设置有一个只在底部与端口D相连的金属柱。

为了进一步展宽器件的工作带宽，在耦合腔与端口A、端口B和端口C中的至少一个端口之间设置有至少一级匹配段。

为了实现等幅等相功率分配,该弯折紧凑型四端口网络设置成左右镜像对称结构：构成该弯折紧凑型四端口网络所有部分，包括耦合腔，端口A、端口B和端口C、端口D、传输线、金属脊A、金属脊B、金属柱和个端口匹配段，构成左右镜像对称结构。

为了便于加工，耦合腔，端口A、端口B和端口C、端口D和传输线的上表面都齐平。这时，该弯折紧凑型四端口网络的所有结构都可以被安排在一个底座上，采用普通数控铣床一次性加工完成。在利用多个该弯折紧凑型四端口网络构成多路功分网路时，这种特点有点更加明显。